Исследования неупругого рассеяния и переноса нейтронов в материалах термоядерных реакторов

Ядерная физика и, в частности, ее раздел нейтронная физика низких и средних энергий с момента их возникновения открыли человечеству область новых знаний о фундаментальных свойствах материи. Нейтронная физика также оказала существенное влияние на многие аспекты практической жизни: производство электрической и тепловой энергии в промышленных масштабах, обеспечение военно-политического паритета государств, разнообразные приложения в медицине, геологии и многих других областях науки и техники. Однако, достигнув уже несомненных успехов, нейтронная физика продолжает развиваться, отвечая насущным требованиям современности. По всей видимости, следующим практически значимым для всего человечества шагом будет освоение энергии термоядерного синтеза с целью удовлетворения растущих потребностей в энергии и решения экологических проблем.

В последние десятилетия ведутся концептуальное проектирование, разработка или физические исследования в рамках международных или национальных проектов, нацеленных на использование энергии управляемого термоядерного синтеза (УТС) и создание прототипов термоядерных реакторов (ТЯР). В свое время наша страна была на передовых рубежах в этом направлении благодаря пионерским исследованиям по магнитному удержанию плазмы [1] и ряду действовавших или проектируемых крупных установок, таким как токамак Т-3, опытный термоядерный реактор (OTP) [2, 3, 4]. В настоящее время наиболее масштабными установками или интенсивно разрабатываемыми проектами являются: International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) [5], Joint European Toms (JET) [6], Japanese Tokormk (JT-60) [7].

Физической основой термоядерной энергетики является реакция слияния дейтерия и трития, в результате которой выделяется энергия равная 17.6 МэВ. Основная доля этой энергии уносится нейтроном 14.1 МэВ), оставшаяся — альфа частицей (=3.5 МэВ). Понятно, что развитие исследований в направлении управляемого термоядерного синтеза будет требовать понимания и предсказания (расчетов) с необходимой точностью физических явлений, связанных с распространением 14МэВ-нейтронов и вызванного ими вторичного излучения в сложных системах.

Это инициирует необходимость исследования нейтронных свойств материалов, являющихся компонентами соответствующих установок и их частей: первой стенки реактора, бланкета, магнита, биологической защиты и др. Требования к перечню материалов, типам сечений и их точности регулярно обсуждаются научной общественностью и находят свое концентрированное выражение, например, в периодически обновляемом списке потребностей Word Request List for Nuclear Data (WRENDA) [8], в обзорах [9, 10, 11] и материалах специализированных совещаний [12]. Так с точки зрения этих потребностей для предсказания наиболее важных параметров термоядерных реакторов с точностью 1−3% необходимо знание с погрешностью не хуже 10−20% энерго-угловых распределений вторичных нейтронов, рождаемых при взаимодействии нейтронов с энергией 14 МэВ с ядрами конструкционных и делящихся материалов. Такие потребности стимулировали как микроскопические (или дифференциальные) исследования, в которых измеряются и анализируются сечения взаимодействия нейтронов с ядром, так и макроскопические (интегральные) [13, 14], в которых исследуются явления и эффекты, вызванные многократными взаимодействием ядерного излучения с объектами.

Дифференциальные исследования, то есть измерение сечений реакций и энерго-угловых распределений их продуктов, дает нам непосредственно информацию о параметрах взаимодействия нейтронов с ядрами [15, 16,17].

Сами экспериментальные данные и результаты их теоретического анализа являются базой для создания библиотек оцененных ядерных данных, которые находят дальнейшее применение в практических расчетах. Помимо практической важности исследования дифференциальных сечений вторичных нейтронов из нейтронно-производящих реакций представляют несомненный интерес с фундаментальной точки зрения, а именно, для изучения процессов взаимодействия нейтронов с ядрами и характеристик возбуждаемых состояний остаточных ядер [18, 19, 20, 21].

При энергии падающих нейтронов 14 МэВ для большинства стабильных ядер реакции (п, 2п) и (п, п'у) вносят доминирующий вклад в полное сечение неупругих взаимодействий. В свою очередь, конкуренция между этими двумя каналами определяется гамма-радиационными и нейтронными ширинами при энергии возбуждения первого остаточного ядра, несколько превышающей энергию связи нейтрона в нем. Поэтому исследование энерго-угловых распределений вторичных нейтронов одновременно из всех нейтронно-производящих реакций, а также из какого-то определенного канала может дать информацию о фундаментальных свойствах нейтронных реакций и характеристиках ядер в несвязанном состоянии.

Интегральные же эксперименты, моделирующие отдельные узлы или процессы в ядерных установках, позволяют в более простых, чем в реальных системах, условиях тестировать методы расчетов и библиотеки оцененных ядерно-физических данных. Среди большого разнообразия интегральных экспериментов можно выделить класс простейших по геометрии экспериментов с исследуемыми материалами в виде сфер и точечными источниками в центре (так называемые эксперименты типа сферических бен-чмарков). Благодаря сферической симметрии (или, другими словами, одномерности геометрии), такие эксперименты призваны решать главным образом задачу проверки и корректировки файлов оцененных ядерных данданных.

Микроскопические и интегральные экспериментальные и теоретические исследования, дополняя друг друга, являются основой для создания библиотек оцененных ядерных данных, которые и используются в практических расчетах. В настоящее время наиболее широко распространенными и часто используемыми являются следующие библиотеки: общего назначения — Evaluated Neutron Data Files (ENDF-B6) [22], Библиотека Рекомендованных Оцененных Ядерных Данных (БРОНД-2) [23], Japanese Evaluated Data Library (JENDL-3) [24]- ориентированные на термоядерные приложения — European Fussion File EFF-2 [25], Fusion Evaluated Neutron Data Files (FENDL-1) [26], JENDL Fussion Files (JENDL-FF) [27].

Учитывая тенденции и потребности, изложенные выше, цель настоящей работы заключалась в следующем:

— в измерении дважды дифференциальных сечений реакций эмиссии и неупругого рассеяния нейтронов и в их сравнении с оцененными данными из широко используемых библиотек с целью выявления расхождений и рекомендаций по их совершенствованию;

— в теоретическом анализе дифференциальных сечений с точки зрения углубления представлений о физике процессов взаимодействия нейтронов с ядрами и структуре возбуждаемых состояний;

— в измерении и анализе спектров нейтронов, утекающих с поверхности шаровых сборок, с источниками нейтронов T (d, n) и 252Cf в центре;

— в верификации на основе полученных экспериментальных результатов методов транспортных расчетов и библиотек оцененных ядерных данных, используемых для обоснования параметров ядерных установок.

Можно также отметить, что настоящая диссертация является логическим продолжением работ по измерению и теоретическому анализу дважды дифференциальных сечений неупругого рассеяния нейтронов в энергетическом диапазоне начальных энергий от 5 до 8.5 МэВ на ряде конструкционных ядер. Результаты этих исследований нашли отражение в диссертации на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук [28], защищенной автором в 1984 году.

Научная новизна работы определяется следующими результатами:

— создан новый детектор на основе паратерфенила и малошумящего фотоэлектронного умножителя для спектрометрии нейтронов по времени пролета, подробно исследованы его физические характеристики;

— с высокой точностью получены экспериментальные данные по дифференциальным сечениям эмиссии и неупругого рассеяния нейтронов на ряде ядер, при этом впервые измерены сечения реакций (п, хп) на обогащенных изотопах 52Сг и 208РЬ и реакции (п, п'у) — на 208РЬ;

— на основании полученных экспериментальных данных сделан количественный вывод о вкладе равновесного, прямого и предравновес ного механизмов в широком диапазоне массовых чисел ядер-мишеней (А = 52 209) и энергий падающих нейтронов (Е = 5 н- 25 МэВ);

— впервые показано, что радиационная ширина несвязанных состояний ядер, извлекаемая из анализа спектров нейтронов реакции (п, п'у), соответствует систематике радиационных ширин, основанной на анализе реакции (п, у);

— впервые предложен, обоснован и реализован метод спектрометрии нейтронов утечки из сферических сборок с источником нейтронов 252С£ по времени пролета;

— получены новые экспериментальные результаты по спектрам нейтронов утечки из сферических сборок с двумя источниками нейтронов: Т (с1,п) и 252С£ впервые проведен интегральный эксперимент по тестированию нейтронных данных для ванадия, спектрометрические интегральные эксперименты для висмута и свинцово-литиевой эвтектики;

— одновременно по результатам микроскопических и интегральных измерений с двумя источниками нейтронов выполнен анализ точности оцененных данных из широко используемых библиотек ЕМЖ В6, НЕМЭЫ, ЕРР-2(3), ЛЕМЭЫТ и БРОНД-2(3).

Практическая ценность работы определяется тем, что ее результатом является широкий набор новых экспериментальных данных: дифференциальные сечения реакций (п, хп) (для 6 элементов) и (п, п'у) (для 3 элементов), спектры нейтронов утечки с источником 14МэВ-нейтронов (для 11 материалов, 25 сфер) и калифорниевым источником нейтронов для 7 материалов (12 сфер). Результаты измерений в численной форме переданы в международные компьютеризированные библиотеки экспериментальных микроскопических ЕХРСЖ [29] и интегральных [30] данных, предназначенных для обмена информацией.

На основе анализа измеренных микроскопических и интегральных данных сделаны выводы о точности и необходимости корректировки в конкретно указанных случаях (прежде всего это касается энерго-угловых распределений вторичных нейтронов при энергии 14 МэВ) оцененных ядерных данных в библиотеках РЕШЬ-1, ЕШБ-Вб, ЕЕР-2, гаМЭЫТ, БРОНДи.

2, используемых в практических расчетах.

Личный вклад автора. Автор работает в группе, проводившей перечисленные выше исследования на импульсном нейтронном генераторе ФЭИ, с 1984 года и возглавляет её с 1987 года. За это время им или под его руководством проведены следующие работы:

— измерения дифференциальных сечений реакции (п, хп) на ядрах 9Ве, 52Cr, W, 208Pb, 209Bi, U и реакции (п, п'у) на 52Сг и 208РЬ;

— разработка методик отделения упруго рассеянных нейтронов и введения поправок в спектры нейтронов из реакций (п, хп) и (п, п'у);

— теоретический анализ (совместно с сотрудниками теоретического отдела ФЭИ) дифференциальных сечений реакции (п, хп) на ядрах 52Сг, 56Fe, W, 208Pb, 209Bi и реакции (n, n'y) на ядрах 52Cr, 56Fe, 208РЬ;

— разработка нового детектора на основе паратерфенила и ФЭУ-143 для спектрометрии нейтронов по времени пролета и детектора у-квантов на основе кристалла Nal и ФЭУ-143;

— разработка метода спектрометрии нейтронов утечки по времени пролета с использованием быстрой камеры деления со слоем 252Cf;

— измерения спектров нейтронов утечки из сферических сборок с источниками нейтронов T (d, n) (Ве, Al, Ti, V, Fe, Ni, РЪ, Lii7Pb83, Bi, U, Th) и 252Cf (Ве, V, Fe, Li17Pb83, Bi, U, Th);

— разработка методики моделирования сферического бенчмарка методом Монте-Карло (источник, поправки на несферичность, неточность метода времени пролета, учет функции отклика спектрометра), проведение транспортных расчетов по программе MCNP (версии 4а и 4Ь) и анализ причин расхождений между экспериментальными и расчетными данными.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

— создание нового детектора на основе кристалла паратерфенила и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-143;

— результаты измерений дважды дифференциальных сечений нейтронов из реакции (п, хп) на ядрах 9Ве, 52Сг, 208РЬ, 209В1 и 238и при энергии 14 МэВ;

— результаты измерений дважды дифференциальных сечений нейтронов из реакции (п, п'у) на ядрах 52Сг, 5(Те и 208РЬ при энергии 14 МэВ;

— результаты теоретического анализа спектров нейтронов из реакций (п, хп) и (п, п'у), полученные выводы о механизме этих реакций и величинах радиационных ширин при энергии связи нейтрона;

— результаты измерений спектров нейтронов утечки с источником 14МэВ нейтронов в центре из сферических оболочек из Ве (8 сфер), А1, ТС (3 сферы), V (2 сферы), Бе (5 сфер), №, РЬ, 1л17РЬ83, В1, и, ТЬ;

— результаты измерений спектров нейтронов утечки с источником нейтронов 252С{ в центре из сферических оболочек из Ве, V (2 сферы), Бе (5 сфер), Ы17РЬ83, В1, И, ТЬ;

— методика численного моделирования нейтронных источников на основе реакции Т (с1,п) и изотопа 252С£ сферических образцов, функции отклика спектрометра и метода времени пролета в транспортных расчетах;

— результаты расчетов методом Монте-Карло по программе МСКР спектров нейтронов утечки с различными библиотеками оцененных ядерных данных;

— анализ величин и причин расхождений между экспериментальными и оцененными данными, основанном на одновременном рассмотрении дифференциальных сечений нейтронов эмиссии и спектров нейтронов утечки с Т (ё, п) — и 252С^источниками нейтронов.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в настоящей диссертации, представлялись на международных и всесоюзных (российских) конференциях и совещаниях:

— Международная конференция «Взаимодействие быстрых нейтронов с ядрами», 1986, Дубровник, Югославия.

— XVII Международный симпозиум по ядерной физике, 1987, Гауссиг, ГДР.

— Всесоюзная конференция по нейтронной физике, 1988, СССР.

— Международная конференция «Реакции, вызванные нуклонами», 1988, Смоленице, Словакия.

— 17-ый Симпозиум «Термоядерные технологии», 1992, Рим, Италия.

— 18-ый Симпозиум «Термоядерные технологии», 1994, Карлсруэ, Германия.

— 19-ый Симпозиум «Термоядерные технологии», 1996, Лиссабон, Португалия.

— Международная конференция «Ядерные данные для науки и технологии», 1994, Гатлинбург, США.

— Международная конференция «Ядерные данные для науки и технологии», 1994, Триест, Италия.

— XII Международная конференция по электростатическим ускорителям, 1977, Обнинск, Россия.

— 48-ое Международное совещание по физике атомного ядра, 1998, Москва.

— VII Российская конференция «Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок», 1998, Обнинск, Россия.

А также на международных семинарах специалистов в конкретной области исследований:

— Международные семинары специалистов, участвующих в координационной программе исследований МАГАТЭ «Дважды дифференциальные сечения эмиссии нейтронов для ядерных и термоядерных технологий»,.

1990, Вена, Австрия- 1992, Ченг Май, Тайланд.

— Международный семинар «Термоядерные нейтронные эксперименты», 1992, Фраскати, Италия.

— Семинар консультантов МАГАТЭ «Подготовка термоядерных бенчмар-ков в электронном формате», 1993, Вена, Австрия.

— Семинар международной научной группы «Экспериментальные и расчетные бенчмарки для тестировки библиотеки FENDL», 1996, Карлсруэ, Германия;

— Международный семинар «Потенциал российских ядерных центров и МНТЦ в тритиевых технологиях», 1999, Саров, Россия.

Публикации. Содержание диссертации отражено в виде статей в журналах «Ядерная физика», «Известия РАН. Серия физическая», «Kernenergie», «Fusion Technology», «Fusion Engineering and Design», «Acta Universutatisa Debreceniensis" — в сборнике «Вопросы атомной науки и техники. Серия Ядерные константы" — в трудах конференций, симпозиумов, семинаровв препринтах и отчетах международных научных организаций (МАГАТЭ в ВенеИсследовательский центр в Карлсруэ). Всего по теме диссертации опубликованы 42 научные работы: [31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 211 наименований. Общий объем диссертации — 240 страниц, включая 26 таблиц и 100 рисунков.

и выводы о физике данной реакции;

— впервые предложен и реализован метод спектрометрии нейтронов утечки из сферических сборок с источником нейтронов 252Cf;

— экспериментально исследованы и теоретически проанализированы свойства нейтронных источников на основе реакции T (d, n) и радиоактивного изотопа Cf: энерго-угловое и энергетические распределения нейтронов, физические причины и величина искажений, вносимых в спектр источника конструкционными элементами источников, окружающим воздухом, коллиматором в защите детектора и другими узлами установки;

— детально проанализировано влияние на спектр нейтронов утечки трехмерной геометрии реального эксперимента, а именно: угловой анизотропии источника, канала в сферических сборках и метода измерения по времени пролета, влияние разрешения спектрометра и канала в защите детектора;

— впервые было показано, что измерение нейтронных спектров из интегральных сборок методом времени пролета приводит к двум эффектам: изменению абсолютной величины спектра и смещению экспериментально наблюдаемых пиков в область меньших энергий по сравнению с их истинным положением.

3. Используя перечисленные выше установки и методы, на современном уровне получены новые экспериментальные данные:

— дважды дифференциальные сечения реакции (п, хп) на ядрах 9Ве, 52Cr, W, 208Pb, 209Bi и 238U, при этом для ядер 52Сг и 208РЬ измерения проведены впервые;

— дифференциальные сечения нейтронов из реакции (п, п'у) на ядрах 52Cr, 56Fe и 208РЬ, при этом для 208РЬ измерения проведены впервые;

— спектры нейтронов утечки из сферических сборок с источником нейтронов Т (с1,п) на 11 материалах: Ве, А1, П, V, Бе, №, РЬ, 1л17РЬ83, В1, и, 1Ъ;

— спектры нейтронов утечки из сферических сборок с источником нейтронов 252СГ на 7 материалах: Ве, V, Бе, 1л17РЬ83, В1, и, ТИ (измерения методом времени пролета проведены впервые);

— для ряда материалов впервые получены систематические данные в зависимости от размеров сферических оболочек: Ве — 8 сфер (изменение толщина стенки от 0.6 до 3.6 длин свободного пробега нейтронов), Бе — 5 (0.5 — 6.1), У — 2 (0.6 — 1.8), И — 3 (0.16 — 0.42);

— впервые осуществлен интегральный эксперимент для ванадия и впервые измерены спектры нейтронов утечки из висмутовой сферы;

— на примере сфер из железа разной толщины с источниками нейтронов Т (ё, п) и 252а экспериментально показано, что при увеличении сферического слоя до 5−6 длин свободного пробега нейтронное поле определяется преимущественно произошедшими взаимодействиями нейтронов со средой, а не начальными условиями, то есть спектром нейтронов источника;

— сравнение экспериментальных данных с результатами, измеренными другими авторами или методами, показало удовлетворительное согласие, прежде всего, с последними данными, получаемыми на современных установках у нас в стране и за рубежом.

4. Проведен теоретический анализ дифференциальных сечений реакций эмиссии и неупругого рассеяния нейтронов. Теоретические расчеты выполнены по современным теоретическим моделям: статистическая теория Хаузера и Фешбаха, метод сильной связи каналов, борновское приближение искаженных волн, обобщенная модель коллективных возбуждений в ядрах, современные подходы и систематики по плотности ядерных уровней. В расчетах использованы модельные параметры (параметры оптических потенциалов, схемы дискретных и параметры плотности уровней, характеристики фононов и другие), базирующиеся на всей совокупности известных экспериментальных данных. Таким образом, число свободных параметров было сведено к минимуму. На основе такого подхода показано, что:

— для количественного описания дважды дифференциальных сечений неупругого рассеяния нейтронов и воспроизведения их характерных особенностей необходимо учитывать равновесный, прямой и пред-равновесный механизмы взаимодействия нейтронов с ядрами;

— величина вклада различных механизмов зависит как от массового числа, так и от энергии падающих нейтронов: с возрастанием энергии (от 5 до 25 МэВ) доля равновесного уменьшается с 90 до 50%, доля предравновесного увеличивается до 30 — 35%, а доля прямого остается примерно на одном уровне 10−15%;

— из анализа спектров нейтронов из реакции (п, п'у) найдены средние радиационные ширины несвязанных состояний ядер при энергии возбуждения, превышающей энергию связи нейтронаони согласуются с ширинами, извлекаемыми из анализа сечений радиационного захвата нейтроновтаким образом, выводы, сделанные ранее в других работах, о значительном расхождении значений радиационных ширин и необходимости введения механизма (п, уп') являются ошибочными;

— впервые экспериментально и теоретически показано, что зависимость приведенной радиационной ширины <�Г7/Г> несвязанных состояний ядер от энергии возбуждения и соответственно конкуренция между эмиссией у-кванта и нейтрона определяется значением спинов уровней, заселяемых в реакции (п, 2п).

5. На основе анализа полученных микроскопических и интегральных данных выявлены расхождения и даны рекомендации по корректировке файлов оцененных данных. Следует отметить, что такой систематический анализ с привлечением одновременно дифференциальных сечений нейтронов из реакций (п, хп), (п, п'у) и спектров нейтронов утечки с двумя источниками нейтронов Т (с1,п) и 252а проведен впервые. В процессе этих исследований получены следующие результаты и выводы:

— проведено сравнение экспериментальных дифференциальных сечений эмиссии и неупругого рассеяния нейтронов с оцененными данными из последних версий библиотек ЕМ) Р, ШЖ>Ь и БРОНД, которое показало, что для энерго-угловых распределений вторичных нейтронов, и, особенно, в высокоэнергетической части, наблюдаются расхождения порядка десятки — сотни процентов;

— разработана методика численного моделирования эксперимента по измерению спектров нейтронов утечки с источниками нейтронов Т (с1,п) и 252а, а именно, впервые настолько детально и точно в расчетах учтены: энерго-угловые распределения нейтронного источника, конфигурация сферических сборок, методика измерений и функция отклика спектрометра;

— рассчитаны спектры нейтронов утечки методом Монте-Карло по программе МСКР, с оцененными данными из последних версий широко используемых библиотек: БЕЖ) Ь-1, ЕЫОЕ-Вб, ЕРЕ-2.4(3), ШМЭЫТ и БРОНД-2(3);

— показано, что расхождения между оцененными и экспериментальными данными по спектрам нейтронов утечки для исследованных материалов значительно меньше с источником нейтронов 252а (максимальные отклонения составляют 5−20%), чем с источником Т (ё, п) (30−150%). Это свидетельствует о том, что степень неадекватности нейтронных сечений в современных файлах оцененных данных возрастает при переходе от энергий, характерных для спектра нейтронов деления (~ 2 МэВ), к энергии, характерной для термоядерного синтеза (=14 МэВ) — совместный анализ интегральных и микроскопических данных, показал, что причиной таких расхождения является, прежде всего, неудовлетворительное представление в библиотеках оцененных данных спектров нейтронов эмиссии при энергии 14 МэВсравнительно низкий порог нового детектора позволили измерить частичное размножение (нейтроны с энергией Е > 0.1 МэВ) и оценить полное размножение нейтронов в сферических образцах, используя расчетные величины для доли нейтронов с меньшими энергиямиоказалось, что предсказания различных библиотек по полному размножению близки друг к другу, в то время как они сильно расходятся в энергетических распределениях утекающих нейтроновтаким образом, именно спектральные данные являются наиболее информативными с точки зрения верификации библиотек ядерных данныхпроведенный анализ позволяет сформулировать, каким библиотекам отдать предпочтение и какие при этом следует ожидать неопределенности в транспортных расчетах (для дальнейшего улучшения согласия необходима корректировка файлов оцененных данных, прежде всего, спектров нейтронов из реакций (п, 2п) и (п, п') при энергии падающих нейтронов в области 14 МэВ.):

— (а) нейтронно-размножающие материалы: Ве — ЕКБЕ-Вб (отклонения расчета от эксперимента в отдельных энергетических группах не превышает — 70%), РЬ — ЕШБ-Вб, Е1Т-2.4 гаШЬ-БР (20%), ЫпРЬвз — ЕГШР-Вб, ШШЬ-РР (25%), В1 — ЕРР-2.4 (30%), VЕРЕ-3 (20%),.

— (б) конструкционные материалы: Бе — ЕЫБР-Вб, ЕРЕ-З.О, 1ЕЖ>Ь-РР, ВШЖБ-З (все — 20−40%), И — ЕРР-2.4 (10%), № - ЕЫББ-Вб (30%), А1- ЕРР-2.4 (20%),.

— (в) делящиеся материалы: и — ЕШР-В6 (15%), ТЬ — ЕШЬ-85 (30%);

— первый интегральный эксперимент с ванадием позволил установить, что данные из библиотеки ЕБР-З удовлетворительно описывают перенос нейтронов в этом материале, следовательно, эта библиотека может быть использована для оценки параметров проектируемых ТЯР с компонентами из ванадия;

— первый интегральный эксперимент с висмутом обнаружил крайне неудовлетворительное состояние современных оцененных данных для него (в то время как для соседнего и близкого по нейтронным свойствам ядра РЬ состояние оцененных данных — существеннее лучше);

— сделан обзор известных экспериментальных работ и компиляция доступных численных данных по спектрам нейтронов утечки из сферических сборок с источниками Т (с1,п) и 252Cf в центре, результаты которой способствовали проведению более широкого сравнения экспериментальных данных между собой, а также с транспортными расчетами с целью верификации методов расчета и точности оцененных ядерных данных.

В заключении автор, прежде всего, хотел бы выразить свою искреннюю благодарность безвременно ушедшему из жизни проф. Сальникову Олегу Аркадьевичу, заложившему основы спектрометрии быстрых нейтронов в ФЭИ. Всем коллегам по лаборатории нейтронной спектрометрии, плодотворное сотрудничество с которыми бесспорно способствовала повышению уровня проведенных исследований.

Также хочу выразить свою благодарность сотрудникам группы Девкину Б. В., Кобозеву М. Г., к.ф.-м.н. Лычагину A.A., Талалаеву В. А., Тихонову В. Е., в результате многолетней совместной работе с которыми были проведены изложенные в настоящей диссертации экспериментальные исследования. Сотрудникам отдела ускорителей д-ру тех. н. Романову В. А., к.ф.-м.н. Глотову А. И., Матвееву В. М., Куприянову Б. В., Осеневу Н. С., Чалому Ю. Р., обеспечившим необходимые параметры работы ускорителя КГ-0.3.

Благодарю руководителей отделения фундаментальных исследований по ядерной физике средних и низких энергий к.ф.-м.н. Фурсова Б. И., проф. Кузьминова Б. Д., Рудникова В. Е. и отдела ядерной и нейтронной физики д.ф.-м.н. Говердовского A.A., Митрофанова В. Ф., создававших в течение многих лет необходимые условия для выполнения настоящей работы.

Признателен руководителям и сотрудникам теоретического отдела проф. Игнатюку A.B., д.ф.-м.н. Манохину В. Н., кандидатам ф.-м.н. Блохи-ну А.И., Луневу В. П., Пащенко А. Б., Проняеву В. Г., Титаренко H.H., математического отдела к.ф.-м.н. Андросенко A.A., д.ф.-м.н. Андросенко П. А., отделения № 2 к.ф.-м.н. Синице В. В., а также сотрудникам Обнинского Института Атомной Энергетики проф. Грудзевичу О. Т., к.ф.-м.н. Зеленец-кому А.Б. за плодотворные обсуждения и проведение теоретических и транспортных расчетов.

Благодарю д.ф.-м.н. Трыкова Л. А. и сотрудников РНЦ «Курчатовский институт» д.ф.-м.н. Чувилина Д. Ю., к.ф.-м.н. Загрядского В. А. за полезные.

219 обсуждения и любезное предоставление сферических сборок для наших экспериментов, а также к.ф.-м.н. Марковского Д. В. и к.ф.-м.н. Борисова A.A. за расчеты по программе BLANK.

Благодарю сотрудников зарубежных лабораторий Drs. G. Peto, Т. Sztaricskai, L. Vashvari (Институт экспериментальной физики Университета им. Л. Кошута, Дебрецен, Венгрия), S. Sandin (Институт ядерной науки и технологии, Куба), U. von Moellendorff, U. Fischer (Исследовательский центр в Карлсруэ, Германия) за тесное и плодотворное сотрудничество.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации исследовались дифференциальные сечения взаимодействия нейтронов с энергией 14 МэВ с ядрами и спектры нейтронов утечки из сферических сборок с источниками нейтронов T (d, n) и 252Cf. Цель исследований состояла в верификации оцененных ядерных данных и выяснении фундаментальных вопросов физики нейтронных реакций для большой группы ядер, являющихся конструкционными материалами термоядерных реакторов. Таким образом, была решена актуальная научная проблема по обеспечению потребностей термоядерной энергетики в ядерно-физических данных и углублению представлений о физике процессов неупругих взаимодействий быстрых нейтронов с ядрами. Подводя итог проведенным работам, следует отметить следующие полученные результаты и сделанные выводы.

1. На базе спектрометра быстрых нейтронов и импульсного нейтронного генератора КГ-0.3 были созданы установки, позволившие на современном уровне измерять спектры нейтронов из реакций неупругого рассеяния и нейтронов утечки из интегральных сборок, а именно:

— усовершенствована защита нейтронных детекторов, оптимизирована форма коллиматоров и применены новые электронные модули для спектрометрии нейтронов методом времени пролета;

— разработаны геометрия эксперимента, детектор на основе кристалла Nal и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-143, система защиты детекторов для измерения спектров нейтронов из реакции (п, п'у) корреляционным методом;

— разработана методика и создана экспериментальная установка для измерения спектров нейтронов утечки из сферических сборок с источниками нейтронов Т (с1,п) и 252С£.

— разработан мишенедержатель твердых тритиевых мишеней с полупроводниковым кремниевым детектором сопутствующих ос-частиц, используемый для получения нейтронов с энергией 14 МэВ и низким уровнем 2%) рассеяния на конструкционных элементахподробно исследованы его физические свойства как нейтронного источника;

— впервые создан детектор на основе сцинтиллятора паратерфенила и малошумящего фотоэлектронного умножителя ФЭУ-143, позволивший снизить порог регистрации нейтронов до 50 кэВ, исследованы его физические характеристики;

— применены различные методы для измерения основных параметров эксперимента (эффективность детекторов, абсолютная нормировка и др.), что способствовало повышению точности и обоснованности получения данных.

2. Предложены новые или существенно развиты известные методы измерения и обработки экспериментальных данных:

— впервые предложен и использован метод отделения упруго рассеянных нейтронов в спектрах нейтронов эмиссии с использованием образца из обогащенного изотопа 208РЬвпервые показано, что для легких элементов (А = 10) многократное упругое рассеяние заметно искажает форму упругого пика;

— вычислены поправки на ослабление и многократное рассеяние нейтронов в образцах, используемых для измерения спектров нейтронов эмиссии из реакции (п, хп) — впервые, для корреляционного эксперимента, в котором спектр нейтронов из реакции (п, п'у) измеряется на совпадение с у-квантамибыло показано, что учет таких поправок оказывает существенное влияние на экспериментальные результаты.